專利名稱：一種提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體說是涉及到一種提高脊柱外科手術(shù)計(jì) 算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法
背景技術(shù)：
隨著人口老齡化和現(xiàn)代化交通的發(fā)展，脊柱疾患己經(jīng)成為影響人們生活的常 見病和多發(fā)病。很多疾病包括脊柱不穩(wěn)定、脊柱骨折脫位、脊柱畸形和脊柱腫瘤 等多需要手術(shù)治療。但脊柱三維解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，毗鄰重要的神經(jīng)血管組織，很多 手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性大，并發(fā)癥多，臨床應(yīng)用受到限制。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于脊柱外科， 可以實(shí)現(xiàn)術(shù)中精確定位，提高手術(shù)精確性，減少手術(shù)并發(fā)癥，減少手術(shù)顯露過程 中不必要的組織結(jié)構(gòu)破壞，使手術(shù)微創(chuàng)化。同時(shí)，許多既往因解剖關(guān)系復(fù)雜，手 術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大而無法常規(guī)施行的手術(shù)如頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)也有了常規(guī)推廣 的可能。因此，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)可以推動(dòng)脊柱外科手術(shù)技術(shù)的進(jìn)步，提高脊柱疾 病患者的生活質(zhì)量。
但是，目前計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)在脊柱外科的應(yīng)用尚處于初步階段，其操作方法 有待進(jìn)一步完善。導(dǎo)航系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家雖然提供了系統(tǒng)使用的說明書，但是臨床 應(yīng)用中并不實(shí)用，無法指導(dǎo)手術(shù)醫(yī)生正確使用該系統(tǒng)。在脊柱外科手術(shù)中，不同 病變節(jié)段解剖結(jié)構(gòu)不同，因此導(dǎo)航系統(tǒng)的操作也各不相同，不能正確解決這一問 題，手術(shù)醫(yī)師就不能正確操作導(dǎo)航系統(tǒng)，從而導(dǎo)致導(dǎo)航系統(tǒng)臨床精確度下降，甚 至誤導(dǎo)醫(yī)生操作，增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。正因?yàn)樯鲜鲈?，?dǎo)航系統(tǒng)在脊柱外科是否實(shí) 用，尚在學(xué)術(shù)界存在爭(zhēng)議，影響了該技術(shù)的臨床推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)時(shí)指導(dǎo)醫(yī)生正確操作，提高臨床手術(shù)實(shí)用性和 手術(shù)精度的提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法。
為了達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算 機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法，由計(jì)算機(jī)主機(jī)、與主機(jī)相連的攝像機(jī)、影像獲取設(shè)備、
5示蹤器、固定夾鉗、固定釘、指點(diǎn)器、尖錐、開路器、導(dǎo)航智能器械及注冊(cè)臺(tái)組 成脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)影像獲取設(shè)備的掃描圖像及數(shù)據(jù)參數(shù)輸入 計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中，將規(guī)定的手術(shù)操作流程通過畫面和語(yǔ)音提示軟件顯示在計(jì)算 機(jī)顯示屏上，其操作步驟如下-
導(dǎo)航操作在手術(shù)視野顯露完成后開始進(jìn)行。
A. 系統(tǒng)準(zhǔn)備。
打開導(dǎo)航系統(tǒng)軟件、同步軟件畫面顯示、同步軟件聲音提示；輸入患者信 息，進(jìn)入導(dǎo)航操作系統(tǒng)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
B. 系統(tǒng)連接
選擇手術(shù)視野顯露的最上方一個(gè)棘突，去除棘突表面軟組織，根據(jù)棘突 大小選擇固定夾鉗或固定釘，并將固定夾鉗或固定釘固定于棘突之上，并且固定 方向與棘突保持一定的前傾角，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
將示蹤器固定連接在固定夾鉗或固定釘上，固定夾角45°，打開電源，同 步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
調(diào)整攝像機(jī)位置，位置如同步畫面顯示，保證攝像機(jī)顯示圖像在導(dǎo)航圖像的 中心視野區(qū)，攝像機(jī)與患者手術(shù)區(qū)域之間無物體遮擋，攝像機(jī)與手術(shù)區(qū)域距離為 l一2米；同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
打開注冊(cè)臺(tái)進(jìn)行工具注冊(cè)，逐一注冊(cè)指點(diǎn)器、尖錐、開路器及導(dǎo)航智能器械， 同步畫面顯示及語(yǔ)音提示； C.導(dǎo)航圖像獲取
根據(jù)手術(shù)類型的不同使用三種不同影像獲取設(shè)備獲取導(dǎo)航圖像，包括即時(shí)三 維掃描的電動(dòng)C型臂的三維導(dǎo)航模式、CT導(dǎo)航模式及虛擬透視導(dǎo)航模式；
其中術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航圖像獲取方式是安裝C型臂示蹤器、打開電源、 通過數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)；選擇需掃描的部位，確認(rèn)手術(shù)區(qū)域 位于C型臂掃描區(qū)域中心位置，手動(dòng)移動(dòng)C型臂，設(shè)定掃描范圍，然后電動(dòng)C 型臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式三維掃描，釆集點(diǎn)片圖像并自動(dòng)重建三維圖像后傳輸至導(dǎo)航系 統(tǒng)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
CT導(dǎo)航模式圖像獲取方式是將術(shù)前采集的CT數(shù)據(jù)傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)后， 進(jìn)行無傾角連續(xù)掃描，通過顯示器預(yù)覽圖像，檢查圖像的標(biāo)記順序和圖像所示病人位置方向之間是否匹配，載入圖像當(dāng)圖像被選中并按順序排列后，將圖像載 入病人記錄中，根據(jù)標(biāo)記順序和手術(shù)位置的三維參考點(diǎn)重建圖像，將圖像傳輸至 導(dǎo)航系統(tǒng)，通過軟件設(shè)計(jì)參考點(diǎn)和固定螺釘?shù)闹踩胛恢眉奥葆數(shù)拈L(zhǎng)度和直徑，同 步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
虛擬透視導(dǎo)航模式圖像獲取方式是安裝C型臂示蹤器，打開電源，并通 過數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)；選擇需掃描的部位及病人體位方向， 進(jìn)行正側(cè)位透視確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于C型臂掃描區(qū)域中心位置，將圖像傳輸至導(dǎo)航 系統(tǒng)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
D. 導(dǎo)航圖像注冊(cè)
術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航和虛擬透視導(dǎo)航模式無需進(jìn)行手動(dòng)圖像注冊(cè)，直接進(jìn)入下 一步，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
而CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序?yàn)榇蜷_指點(diǎn)器，根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)與 手術(shù)患者實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照，用指點(diǎn)器進(jìn)行點(diǎn)照合確認(rèn)，再用指點(diǎn)器接 觸病人解剖結(jié)構(gòu)表面的多點(diǎn)進(jìn)行面照合確認(rèn)；點(diǎn)照合和面照合確認(rèn)完成后系統(tǒng)自 動(dòng)計(jì)算本次操作可能存在的導(dǎo)航誤差值，誤差值符合規(guī)定值后，進(jìn)行下一步操作， 同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
E. 精確性驗(yàn)證
術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航模式和CT導(dǎo)航模式的精確性驗(yàn)證是，使用指點(diǎn)器指認(rèn)患者 手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，包括棘突中點(diǎn)及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，判斷導(dǎo)航圖像與實(shí)際手術(shù)區(qū) 域的解剖結(jié)構(gòu)是否準(zhǔn)確吻合，如果吻合，進(jìn)入下一步驟，否則重復(fù)上述導(dǎo)航操作， 同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
而虛擬透視導(dǎo)航模式的精確性驗(yàn)證是，進(jìn)入系統(tǒng)精確性驗(yàn)證程序，首先獲取 一副透視圖像并且在可視狀態(tài)下檢測(cè)病人示蹤器的影像能否準(zhǔn)確覆蓋校準(zhǔn)圖像 上的影像輪廓，圖像輪廓吻合后，進(jìn)入下一步操作，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；
F.手術(shù)操作
以尖錐確定螺釘?shù)娜朦c(diǎn)，通過導(dǎo)航系統(tǒng)同步畫面顯示及語(yǔ)音提示判斷螺釘入 點(diǎn)和角度位置，以開路器在導(dǎo)航系統(tǒng)的同步畫面顯示及語(yǔ)音提示實(shí)時(shí)引導(dǎo)下鉆 探螺釘通道，將根據(jù)導(dǎo)航圖像獲取資料再通過軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)長(zhǎng)度和直徑的固定螺 釘置入患者體內(nèi)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示。上述C步驟術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航圖像獲取方式中，所述采用手動(dòng)移動(dòng)C臂進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)式三維掃描時(shí)，C型臂自動(dòng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)190。，采集100幅數(shù)字點(diǎn)片圖像并自 動(dòng)重建三維圖像，圖像采集過程耗時(shí)1—2min。
上述C步驟CT導(dǎo)航模式圖像獲取圖像中所述無傾角聯(lián)系掃描，掃描僅顯示 椎體結(jié)構(gòu)，采用小FOV進(jìn)行掃描，掃描層厚不超過l毫米。
上述D步驟CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序中，所述參考點(diǎn)之間相距不小于1. 5 厘米，多節(jié)段操作時(shí)應(yīng)于每個(gè)手術(shù)椎體節(jié)段分別選取參考點(diǎn)；
上述D步驟CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序中，所述點(diǎn)照合和面照合確認(rèn)的導(dǎo)航 誤差規(guī)定值，對(duì)于頸椎和上胸椎手術(shù)小于0.5毫米，對(duì)于下胸椎和腰骶椎手術(shù)小 于1毫米。
上述D步驟CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序中，所述多點(diǎn)進(jìn)行面照合確認(rèn)，其多 點(diǎn)選取數(shù)量為至少35個(gè)點(diǎn)，照合點(diǎn)選取應(yīng)覆蓋整個(gè)椎板后方骨性結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明使用的計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)為紅外線光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，用于脊柱外科手術(shù)之 中，其中計(jì)算機(jī)主機(jī)是脊柱外科導(dǎo)航軟件安裝運(yùn)行的載體，軟件在windows系 統(tǒng)下運(yùn)行，用于引導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)操作的導(dǎo)航圖像顯示在其顯示器上；攝像機(jī)與 主機(jī)相連，是探測(cè)采集導(dǎo)航智能器械所發(fā)射紅外線的設(shè)備，用于識(shí)別導(dǎo)航智能器 械和與之相連的患者手術(shù)區(qū)域；而導(dǎo)航系統(tǒng)可以采用三種不同的圖像獲取方式， 包括1術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航圖像的獲取設(shè)備是可以在手術(shù)中進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)掃描 并重建三維圖像的電動(dòng)C型臂；2虛擬透視導(dǎo)航圖像的獲取設(shè)備是可以在手 術(shù)中獲取兩維圖像的C型臂；3 CT導(dǎo)航術(shù)前需要在CT室提前對(duì)患者手術(shù)區(qū) 域進(jìn)行CT掃描，獲取薄層CT圖像；固定夾鉗和固定釘則固定在患者身體上，
固定夾鉗和固定釘是根據(jù)根據(jù)患者棘突大小選擇，棘突大的選擇固定釘，棘突薄 的選擇固定夾鉗，并將其牢固固定在棘突之上，然后牢固連接患者示蹤器，患者
示蹤器和c型臂示蹤器，是帶有紅外線發(fā)光二極管的導(dǎo)航手術(shù)專用器械，在使
用過程中可以實(shí)時(shí)被攝像機(jī)跟蹤，用于建立患者手術(shù)區(qū)域和導(dǎo)航系統(tǒng)之間的坐標(biāo)
聯(lián)系，從而被識(shí)別并顯示在導(dǎo)航系統(tǒng)的顯示器上，引導(dǎo)醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)操作； 手術(shù)工具中，指點(diǎn)器用于指點(diǎn)手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，在CT導(dǎo)航模式中用于進(jìn) 行點(diǎn)注冊(cè)和面照合；尖錐在脊柱外科螺釘內(nèi)固定手術(shù)中用于在骨性結(jié)構(gòu)上開槽， 去除表面堅(jiān)硬的皮質(zhì)骨；開路器是在脊柱外科螺釘內(nèi)固定手術(shù)中，用于鉆探螺釘通道。開啟脊柱外科螺釘內(nèi)固定手術(shù)中導(dǎo)航手術(shù)工具后，通過注冊(cè)臺(tái)注冊(cè)校準(zhǔn)上 述工具。
本發(fā)明結(jié)合各種脊柱外科導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)和臨床規(guī)律，制定出規(guī)范性的操作 流程，制成具有畫面提示和語(yǔ)音提示軟件安裝于導(dǎo)航系統(tǒng)中，并顯示在計(jì)算機(jī)顯 示屏上，可以在導(dǎo)航系統(tǒng)手術(shù)操作過程中實(shí)時(shí)指導(dǎo)手術(shù)醫(yī)生正確操作，提高了導(dǎo) 航系統(tǒng)的可操作性和臨床精度，從而提高了手術(shù)精度，畫面提示和語(yǔ)音提示軟件 操作方便，縮短了手術(shù)醫(yī)生對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)的適應(yīng)時(shí)間，具有很強(qiáng)的臨床實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明操作流程示意框圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明，一種提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng) 精度的方法，由計(jì)算機(jī)主機(jī)、與主機(jī)相連的攝像機(jī)、影像獲取設(shè)備、示蹤器、固 定夾鉗、固定釘、指點(diǎn)器、尖錐、開路器、導(dǎo)航智能器械及注冊(cè)臺(tái)組成脊柱外科 手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)影像獲取設(shè)備的掃描圖像及數(shù)據(jù)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)導(dǎo)航
系統(tǒng)中，將規(guī)定的手術(shù)操作流程通過畫面和語(yǔ)音提示軟件顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏 上，其操作步驟如下
導(dǎo)航操作在手術(shù)視野顯露完成后開始進(jìn)行。 A.系統(tǒng)準(zhǔn)備。
打開導(dǎo)航系統(tǒng)軟件，如手術(shù)室配備可以進(jìn)行術(shù)中即時(shí)三維掃描的電動(dòng)C型 臂，則選擇術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航模式；如果不具備上述電動(dòng)C型臂，如果是頸椎、 上胸椎或復(fù)雜畸形的腰椎手術(shù)，選擇CT導(dǎo)航模式；如果是腰椎骶椎手術(shù)，選擇 虛擬透視導(dǎo)航模式；同步軟件畫面顯示并聲音提示為請(qǐng)正確選擇導(dǎo)航模式；
輸入患者信息，進(jìn)入導(dǎo)航操作系統(tǒng)，同步軟件畫面顯示及語(yǔ)音提示為請(qǐng)準(zhǔn) 確輸入患者信息；
檢査導(dǎo)航器械的電池電量是否充足，同步軟件聲音提示為請(qǐng)檢査電池電量 是否充足；如果綠色指示燈間隔閃爍，表示電池電量充足，如果綠色指示燈持續(xù) 亮，表示電量不足，需更換電池； B.系統(tǒng)連接
選擇手術(shù)視野顯露的最上方一個(gè)棘突，去除棘突表面軟組織，根據(jù)棘突大小選擇固定夾鉗或固定釘，棘突大選擇固定釘，棘突薄則選擇固定夾鉗，并將 固定夾鉗或固定釘固定于棘突之上，并且固定方向與棘突保持一定的前傾角，同 步軟件畫面顯示及語(yǔ)音提示為請(qǐng)根據(jù)圖示正確選擇固定位置，確保牢固固定；
將患者示蹤器牢固固定連接在固定夾鉗或固定釘上，固定夾角45°，打開電 源，同步軟件畫面顯示及語(yǔ)音提示為請(qǐng)將患者示蹤器連接在固定夾鉗或釘上， 固定夾角45。，打開電源；
調(diào)整攝像機(jī)位置，位置如同步畫面顯示，保證攝像機(jī)顯示圖像在導(dǎo)航圖像的 中心視野區(qū)，攝像機(jī)與患者手術(shù)區(qū)域之間無物體遮擋，攝像機(jī)與手術(shù)區(qū)域距離為 1.5米；同步軟件畫面顯示及語(yǔ)音提示為請(qǐng)調(diào)整攝像機(jī)位置，位置如同步畫面 顯不；
打開注冊(cè)臺(tái)進(jìn)行工具注冊(cè)，逐一注冊(cè)指點(diǎn)器、尖錐、開路器及導(dǎo)航智能器械， 同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)打開注冊(cè)臺(tái)，逐一注冊(cè)導(dǎo)航智能器械，請(qǐng)保持器械頭端 位于注冊(cè)點(diǎn)中心； C.導(dǎo)航圖像獲取
根據(jù)手術(shù)類型的不同使用三種不同影像獲取設(shè)備獲取導(dǎo)航圖像，包括即時(shí)三 維掃描的電動(dòng)C型臂的三維導(dǎo)航模式、CT導(dǎo)航模式及虛擬透視導(dǎo)航模式；如手 術(shù)室配備可以進(jìn)行術(shù)中即時(shí)三維掃描的電動(dòng)C型臂，則選擇術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航模 式；如果不具備上述電動(dòng)C型臂，如果是頸椎、上胸椎或復(fù)雜畸形的腰椎手術(shù)， 選擇CT導(dǎo)航模式，如果是腰椎骶椎手術(shù)，選擇虛擬透視導(dǎo)航模式。
其中術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航圖像獲取方式是安裝C型臂示蹤器、打開電源、 通過數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)小心牢 固安裝C型臂示蹤器，打開電源，數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)；
選擇需掃描的部位及病人體位方向，進(jìn)行正側(cè)位透視確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于c 型臂掃描區(qū)域中心位置，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)正確選擇需掃描的部位及病人 體位方向，請(qǐng)進(jìn)行正側(cè)位透視確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于C型臂掃描區(qū)域中心位置；
手動(dòng)移動(dòng)C臂至掃描結(jié)束位置，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)移動(dòng)C臂至掃描結(jié) 束位置；手動(dòng)移動(dòng)C臂至掃描開始位置，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)移動(dòng)C臂至掃 描開始位置；然后手動(dòng)移動(dòng)C臂至掃描開始位置，踩住腳踏開關(guān)開始三維掃描，C 型臂自動(dòng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)190°采集100幅數(shù)字點(diǎn)片圖像并自動(dòng)重建三維圖像，整個(gè)圖 像采集過程耗時(shí)1至2分鐘，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)踩住腳踏開關(guān)開始三維
10掃描，整個(gè)圖像采集過程耗時(shí)l或2min，請(qǐng)耐心等待，切勿觸碰C型臂；
將圖像傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，傳輸過程確保數(shù)據(jù)連結(jié)線路通暢，同步軟件語(yǔ)音提
示為請(qǐng)耐心等待，確保傳輸過程數(shù)據(jù)連結(jié)線路通暢；
CT導(dǎo)航模式圖像獲取方式是將術(shù)前采集的CT數(shù)據(jù)傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)后，進(jìn)
行無傾角連續(xù)掃描，掃描層厚不超過l毫米，盡量小的F0V，僅顯示椎體結(jié)構(gòu)，
盡量去除外圍組織的干擾，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)將術(shù)前采集的CT數(shù)據(jù)傳輸
至導(dǎo)航系統(tǒng)；
預(yù)覽圖像在導(dǎo)航軟件中點(diǎn)擊進(jìn)入"圖像預(yù)覽"界面，檢査圖像的標(biāo)記順序 和圖像所示病人位置方向之間是否匹配，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)點(diǎn)擊進(jìn)入"圖
像預(yù)覽"界面，仔細(xì)檢査圖像的標(biāo)記順序和圖像所示病人位置方向之間是否匹配;
載入圖像當(dāng)圖像被選中并按順序排列后，將圖像載入病人記錄中，同步軟 件語(yǔ)音提示為請(qǐng)將圖像載入病人記錄中；
選取參考點(diǎn)根據(jù)其三維重建圖像，在擬手術(shù)椎體后方表面結(jié)構(gòu)分別選取至 少3個(gè)解剖標(biāo)志清楚的參考點(diǎn)，待術(shù)中進(jìn)行點(diǎn)照合；參考點(diǎn)選取應(yīng)易于顯露，參 考點(diǎn)表面軟組織必須充分去除，參考點(diǎn)選取后需經(jīng)主刀手術(shù)者確認(rèn)，各參考點(diǎn)之 間相距至少1.5厘米，多節(jié)段操作時(shí)應(yīng)于每個(gè)手術(shù)椎體節(jié)段分別選取參考點(diǎn)，同 步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)?jiān)跀M手術(shù)椎體后方表面結(jié)構(gòu)選取3個(gè)解剖標(biāo)志清楚的參考 點(diǎn)，參考點(diǎn)表面軟組織充分去除，參考點(diǎn)選取后請(qǐng)主刀手術(shù)者確認(rèn)，各參考點(diǎn)之 間相距至少1. 5厘米，多節(jié)段操作時(shí)應(yīng)于每個(gè)手術(shù)椎體節(jié)段分別選取參考點(diǎn)；
通過軟件設(shè)計(jì)固定螺釘?shù)闹踩胛恢眉奥葆數(shù)拈L(zhǎng)度和直徑，同步軟件語(yǔ)音提示 為請(qǐng)準(zhǔn)確設(shè)計(jì)固定螺釘?shù)闹踩胛恢眉奥葆數(shù)拈L(zhǎng)度和直徑；
虛擬透視導(dǎo)航模式圖像獲取方式是安裝C型臂示蹤器，打開電源，并通 過數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)小心牢固安 裝C型臂示蹤器，打開電源，用數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)；
選擇需掃描的部位及病人體位方向，進(jìn)行正側(cè)位透視確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于c 型臂掃描區(qū)域中心位置，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)選擇需掃描的部位及病人體位 方向，進(jìn)行正側(cè)位透視確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于C型臂掃描區(qū)域中心位置；
將圖像傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，傳輸過程確保數(shù)據(jù)連結(jié)線路通暢，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)將圖像傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，傳輸過程請(qǐng)使數(shù)據(jù)連結(jié)線路通暢； D.導(dǎo)航圖像注冊(cè)
術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航和虛擬透視導(dǎo)航模式無需進(jìn)行手動(dòng)圖像注冊(cè)，直接進(jìn)入下一步。
而CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序?yàn)榇蜷_指點(diǎn)器，進(jìn)入注冊(cè)順序，同步軟件 語(yǔ)音提示為請(qǐng)打開指點(diǎn)器，進(jìn)入注冊(cè)步驟；
點(diǎn)照合根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)，與手術(shù)區(qū)域患者實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)照，
用指點(diǎn)器進(jìn)行確認(rèn)，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)，與手術(shù)區(qū)
域患者實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)照，用指點(diǎn)器進(jìn)行確認(rèn)，請(qǐng)注意耐心操作，切勿急
躁；
面照合用指點(diǎn)器接觸病人解剖結(jié)構(gòu)表面至少35個(gè)點(diǎn)，并在完成每一點(diǎn)操 作時(shí)按下工具上的選擇按鈕，每次點(diǎn)按操作時(shí)必須稍作停頓，確保點(diǎn)按時(shí)指點(diǎn)器 無移動(dòng)，照合點(diǎn)選取應(yīng)覆蓋整個(gè)椎板后方骨性結(jié)構(gòu)，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)用 指點(diǎn)器接觸病人解剖結(jié)構(gòu)表面至少35個(gè)點(diǎn)，并在完成每一點(diǎn)操作時(shí)按下工具上 的選擇按鈕，每次點(diǎn)按操作時(shí)必須稍作停頓，確保點(diǎn)按時(shí)指點(diǎn)器無移動(dòng)，請(qǐng)保證 照合點(diǎn)選取覆蓋整個(gè)椎板后方骨性結(jié)構(gòu)；
上述操作完成后系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算本次操作可能存在的導(dǎo)航誤差值，如果誤差在 頸椎和上胸椎手術(shù)小于0. 5毫米，在下胸椎和腰骶椎手術(shù)小于1毫米，可以進(jìn)行 下一步操作，否則重行進(jìn)行上述注冊(cè)順序，直到符合允許的誤差值，同步軟件語(yǔ) 音提示為請(qǐng)確定系統(tǒng)誤差是否滿足本手術(shù)需要； E.精確性驗(yàn)證
術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航模式和CT導(dǎo)航模式的精確性驗(yàn)證是，使用指點(diǎn)器指認(rèn)患 者手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，包括棘突中點(diǎn)及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，判斷導(dǎo)航圖像與實(shí)際手術(shù) 區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)是否準(zhǔn)確吻合，如果吻合，進(jìn)入下一步驟，否則重復(fù)上述導(dǎo)航操 作進(jìn)行精確性驗(yàn)證，直到導(dǎo)航圖像與解剖結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確吻合，同步軟件語(yǔ)音提示為 請(qǐng)使用指點(diǎn)器指認(rèn)患者手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，請(qǐng)判斷導(dǎo)航圖像與實(shí)際手術(shù)區(qū)域解 剖結(jié)構(gòu)是否準(zhǔn)確吻合；不吻合，請(qǐng)重新進(jìn)行導(dǎo)航操作步驟；
而虛擬透視導(dǎo)航模式的精確性驗(yàn)證是，進(jìn)入系統(tǒng)精確性驗(yàn)證程序，首先獲取 一副透視圖像并且在可視狀態(tài)下檢測(cè)病人示蹤器的影像能否準(zhǔn)確覆蓋校準(zhǔn)圖像 上的影像輪廓，圖像輪廓吻合后，進(jìn)入下一步操作，否則重復(fù)上述精確性驗(yàn)證程序，直到透視圖像準(zhǔn)確覆蓋校準(zhǔn)圖像上的影像輪廓，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)進(jìn) 入系統(tǒng)精確性驗(yàn)證程序，獲取一副透視圖像，在可視狀態(tài)下檢測(cè)病人示蹤器的影 像能否準(zhǔn)確覆蓋校準(zhǔn)圖像上的影像輪廓，圖像輪廓吻合，進(jìn)入下一步操作，否則 重復(fù)上述導(dǎo)航操作步驟，重新進(jìn)行精確性驗(yàn)證； F.手術(shù)操作
以尖錐確定螺釘?shù)娜朦c(diǎn)，通過導(dǎo)航系統(tǒng)同步畫面顯示及語(yǔ)音提示判斷螺釘入 點(diǎn)和角度位置，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)以尖錐確定螺釘?shù)娜朦c(diǎn)，通過導(dǎo)航圖像 判斷螺釘入點(diǎn)和角度位置滿意，請(qǐng)勿觸碰患者示蹤器；
以開路器在導(dǎo)航系統(tǒng)的同步畫面顯示及語(yǔ)音提示下實(shí)時(shí)引導(dǎo)下鉆探螺釘通 道，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)以開路器在導(dǎo)航圖像實(shí)時(shí)引導(dǎo)下鉆探螺釘通道，請(qǐng) 勿觸碰患者示蹤器；
將根據(jù)導(dǎo)航圖像獲取資料再通過軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)長(zhǎng)度和直徑的固定螺釘置入患 者體內(nèi)，同步軟件語(yǔ)音提示為請(qǐng)將螺釘在導(dǎo)航圖像實(shí)時(shí)引導(dǎo)下準(zhǔn)確置入；
手術(shù)完成，同步軟件語(yǔ)音提示為本手術(shù)完成。
權(quán)利要求
1. 一種提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法，由計(jì)算機(jī)主機(jī)、與主機(jī)相連的攝像機(jī)、影像獲取設(shè)備、示蹤器、固定夾鉗、固定釘、指點(diǎn)器、尖錐、開路器、導(dǎo)航智能器械及注冊(cè)臺(tái)組成脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)影像獲取設(shè)備的掃描圖像及數(shù)據(jù)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中，將規(guī)定的手術(shù)操作流程通過畫面和語(yǔ)音提示軟件顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上，其操作步驟如下A. 系統(tǒng)準(zhǔn)備打開導(dǎo)航系統(tǒng)軟件、同步軟件畫面顯示、同步軟件聲音提示；輸入患者信息，進(jìn)入導(dǎo)航操作系統(tǒng)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；B. 系統(tǒng)連接選擇手術(shù)視野顯露的最上方一個(gè)棘突，去除棘突表面軟組織，根據(jù)棘突大小選擇固定夾鉗或固定釘，并將固定夾鉗或固定釘固定于棘突之上，并且固定方向與棘突保持一定的前傾角，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；將患者示蹤器固定連接在固定夾鉗或固定釘上，固定夾角45°，打開電源，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；調(diào)整攝像機(jī)位置，位置如同步畫面顯示，保證攝像機(jī)顯示圖像在導(dǎo)航圖像的中心視野區(qū)，攝像機(jī)與患者手術(shù)區(qū)域之間無物體遮擋，攝像機(jī)與手術(shù)區(qū)域距離為1—2米；同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；打開注冊(cè)臺(tái)進(jìn)行工具注冊(cè)，逐一注冊(cè)指點(diǎn)器、尖錐、開路器以及導(dǎo)航智能器械，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；C. 導(dǎo)航圖像獲取根據(jù)手術(shù)類型的不同使用三種不同影像獲取設(shè)備獲取導(dǎo)航圖像，包括即時(shí)三維掃描的電動(dòng)C型臂的三維導(dǎo)航模式、CT導(dǎo)航模式及虛擬透視導(dǎo)航模式；其中術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航圖像獲取方式是安裝C型臂示蹤器、打開電源、通過數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)；選擇需掃描的部位，確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于C型臂掃描區(qū)域中心位置，手動(dòng)移動(dòng)C臂，確定掃描范圍，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式三維掃描，采集點(diǎn)片圖像并自動(dòng)重建三維圖像后傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；CT導(dǎo)航模式圖像獲取方式是將術(shù)前采集的CT數(shù)據(jù)傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)后，進(jìn)行無傾角聯(lián)系掃描，通過顯示器預(yù)覽圖像，檢查圖像的標(biāo)記順序和圖像所示病人位置方向之間是否匹配，載入圖像當(dāng)圖像被選中并按順序排列后，將圖像載入病人記錄中，根據(jù)標(biāo)記順序和手術(shù)位置的三維參考點(diǎn)重建圖像，將圖像傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，通過軟件設(shè)計(jì)參考點(diǎn)和固定螺釘?shù)闹踩胛恢眉奥葆數(shù)拈L(zhǎng)度和直徑，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；虛擬透視導(dǎo)航模式圖像獲取方式是安裝C型臂示蹤器，打開電源，并通過數(shù)據(jù)連接線連接導(dǎo)航系統(tǒng)和C型臂系統(tǒng)；選擇需掃描的部位及病人體位方向，進(jìn)行正側(cè)位透視確認(rèn)手術(shù)區(qū)域位于C型臂掃描區(qū)域中心位置，將圖像傳輸至導(dǎo)航系統(tǒng)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；D. 導(dǎo)航圖像注冊(cè)術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航和虛擬透視導(dǎo)航模式無需進(jìn)行手動(dòng)圖像注冊(cè)，直接進(jìn)入下一步，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；而CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序?yàn)榇蜷_指點(diǎn)器，根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)與手術(shù)患者實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照，用指點(diǎn)器進(jìn)行點(diǎn)照合確認(rèn)，再用指點(diǎn)器接觸病人解剖結(jié)構(gòu)表面的多點(diǎn)進(jìn)行面照合確認(rèn)；點(diǎn)照合和面照合確認(rèn)完成后系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算本次操作可能存在的導(dǎo)航誤差值，誤差值符合規(guī)定值后，進(jìn)行下一步操作，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；E. 精確性驗(yàn)證術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航模式和CT導(dǎo)航模式的精確性驗(yàn)證是，使用指點(diǎn)器指認(rèn)患者手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，包括棘突中點(diǎn)及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，判斷導(dǎo)航圖像與實(shí)際手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)是否準(zhǔn)確吻合，吻合后，進(jìn)入下一步驟，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；而虛擬透視導(dǎo)航模式的精確性驗(yàn)證是，進(jìn)入系統(tǒng)精確性驗(yàn)證程序，首先獲取一副透視圖像并且在可視狀態(tài)下檢測(cè)病人示蹤器的影像能否準(zhǔn)確覆蓋校準(zhǔn)圖像上的影像輪廓，圖像輪廓吻合后，進(jìn)入下一步操作，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示；F. 手術(shù)操作以尖錐確定螺釘?shù)娜朦c(diǎn)，通過導(dǎo)航系統(tǒng)同步畫面顯示及語(yǔ)音提示判斷螺釘入點(diǎn)和角度位置，以開路器在導(dǎo)航系統(tǒng)的同步畫面顯示及語(yǔ)音提示下實(shí)時(shí)引導(dǎo)下鉆探螺釘通道，將根據(jù)導(dǎo)航圖像獲取資料再通過軟件設(shè)計(jì)相應(yīng)長(zhǎng)度和直徑的固定螺釘置入患者體內(nèi)，同步畫面顯示及語(yǔ)音提示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法， 其特征在于上述所述C步驟術(shù)中即時(shí)三維導(dǎo)航圖像獲取方式中，所述采用手動(dòng)移動(dòng)C臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式三維掃描時(shí)，C型臂自動(dòng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)19(T ,采集100幅數(shù)字 點(diǎn)片圖像并自動(dòng)重建三維圖像，圖像釆集過程耗時(shí)l一2min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法, 其特征在于上述所述C步驟中CT導(dǎo)航模式圖像獲取圖像中所述無傾角連續(xù)掃 描，掃描僅顯示椎體結(jié)構(gòu)，采用小FOV迸行掃描，掃描層厚不超過l毫米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法， 其特征在于上述D步驟中CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序中，所述參考點(diǎn)之間相 距不小于1. 5厘米，多節(jié)段操作時(shí)應(yīng)于每個(gè)手術(shù)椎體節(jié)段分別選取參考點(diǎn)；
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法， 其特征在于上述D步驟中CT導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序中，所述點(diǎn)照合和面照 合確認(rèn)的導(dǎo)航誤差規(guī)定值，對(duì)于頸椎和上胸椎手術(shù)小于0.5毫米，對(duì)于下胸椎和 腰骶椎手術(shù)小于1毫米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法， 其特征在于上述D步驟CT中導(dǎo)航模式的圖像注冊(cè)順序中，所述多點(diǎn)進(jìn)行面照 合確認(rèn)，其多點(diǎn)選取數(shù)量為至少35個(gè)點(diǎn)，照合點(diǎn)選取應(yīng)覆蓋整個(gè)椎板后方骨性 結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)精度的方法，由計(jì)算機(jī)主機(jī)、攝像機(jī)、影像獲取設(shè)備、示蹤器、固定夾鉗、固定釘、指點(diǎn)器、尖錐、開路器、導(dǎo)航智能器械及注冊(cè)臺(tái)組成脊柱外科手術(shù)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)影像獲取設(shè)備的掃描圖像及數(shù)據(jù)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中，將A.系統(tǒng)準(zhǔn)備、B.系統(tǒng)連接、C.導(dǎo)航圖像獲取、D.導(dǎo)航圖像注冊(cè)、E.精確性驗(yàn)證及F.手術(shù)操作等流程步驟通過畫面和語(yǔ)音提示軟件顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上，實(shí)時(shí)指導(dǎo)手術(shù)醫(yī)生正確操作，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的可操作性和臨床手術(shù)精度，畫面提示和語(yǔ)音提示軟件操作方便，縮短了手術(shù)醫(yī)生對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)的適應(yīng)時(shí)間，臨床實(shí)用性強(qiáng)，適宜推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)A61B6/03GK101518447SQ20091007895
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者波 劉, 劉亞軍, 波 張, 張貴林, 勤 李, 李志宇, 偉 田, 臨 胡, 強(qiáng) 袁 申請(qǐng)人:北京積水潭醫(yī)院